面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的電力電子技術(shù)課程群建設(shè)與優(yōu)化

方 飛,王 萍,王雪潔

安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院，安徽合肥,230601

習(xí)近平總書記在全國教育大會上的重要講話中明確指出，高校要“著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才”，這為高等教育的人才培養(yǎng)指明了方向[1]。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展到全新的高水平，市場和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從對數(shù)量增長階段轉(zhuǎn)向?qū)Ω哔|(zhì)量發(fā)展階段。經(jīng)濟社會發(fā)展需要轉(zhuǎn)變發(fā)展模式、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換增長源動力，這關(guān)鍵還是人才供給。在這樣新的經(jīng)濟時期下，市場和產(chǎn)業(yè)對優(yōu)良的高素質(zhì)人才迫切需求，人才是首要資源、資本及驅(qū)動力，培養(yǎng)符合社會發(fā)展需要的應(yīng)用型人才是高校教育實現(xiàn)人才強國必由之路[2]。

安徽三聯(lián)學(xué)院的辦學(xué)定位是地方應(yīng)用型高校，以學(xué)校的電氣工程及其自動化專業(yè)為例，課程群在本專業(yè)課程體系中起著至關(guān)重要的作用，課程群建設(shè)要突出以專業(yè)特色為核心，著重對電力電子技術(shù)課程群建設(shè)總體思路、課程教學(xué)體系、教學(xué)方法、線上教學(xué)資源建設(shè)和實踐教學(xué)體系等方面進行建設(shè)和優(yōu)化，以尋求培養(yǎng)符合地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要和企業(yè)創(chuàng)新技術(shù)要求的電氣工程及其自動化專業(yè)人才的有效方法。

1 現(xiàn)階段電力電子技術(shù)課程群現(xiàn)狀及存在的問題

電力電子技術(shù)課程群主要課程有電機與拖動基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、自動控制理論、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用、電力拖動自動控制系統(tǒng)、開關(guān)電源技術(shù)、新能源發(fā)電技術(shù)、電動汽車驅(qū)動技術(shù)等10門課程。該課程群涵蓋的專業(yè)知識多，內(nèi)容復(fù)雜且相互交叉，課程群的課程具有很強的實踐性和系統(tǒng)性，目前課程群教學(xué)存在問題如下：

(1)課程設(shè)置遵循先專業(yè)基礎(chǔ)課，再專業(yè)方向課講授模式。電機與拖動基礎(chǔ)、自動控制理論、電力電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用4門課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，電力拖動自動控制系統(tǒng)、開關(guān)電源技術(shù)、新能源發(fā)電技術(shù)、電動汽車驅(qū)動技術(shù)、電力電子技術(shù)仿真等6門課程為專業(yè)方向課，這樣順序式課程教學(xué)安排缺少以大觀式的整體系統(tǒng)化的知識教學(xué)為導(dǎo)向，導(dǎo)致各門課程之間彼此較孤立和缺少有效銜接環(huán)節(jié)，學(xué)生很難形成有機知識體系，也難以達到應(yīng)用型人才培養(yǎng)規(guī)格所要求的工程實踐能力的培養(yǎng)目標。

(2)課程建設(shè)缺乏系統(tǒng)設(shè)計。課程群雖所包含課程數(shù)量多且課程間關(guān)聯(lián)度大，而各門課程建設(shè)只關(guān)注“點”的建設(shè)，缺乏“系統(tǒng)化”的思考。如此，課程群體現(xiàn)的是課程“數(shù)量”的疊加，課程建設(shè)呈現(xiàn)出碎片化、支離化現(xiàn)象，達不到對課程橫向聯(lián)合和課程間融合統(tǒng)整，缺少課程“內(nèi)涵”的提升。

(3)課程群實踐教學(xué)缺乏統(tǒng)籌安排。課程間實驗環(huán)節(jié)同樣缺少銜接和關(guān)聯(lián)，另外，實驗裝置基本都是模塊化封裝，學(xué)生無法理解實驗核心系統(tǒng)知識及可編程控制，學(xué)生在做實驗時往往看不到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只要對外部端子進行簡單接線，然后手工記錄數(shù)據(jù)即可，整個實驗過程無法將理論與實際的元器件聯(lián)系起來，如此限制了學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 電力電子技術(shù)課程群建設(shè)的總體思路

依據(jù)安徽三聯(lián)學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，電力電子技術(shù)課程群建設(shè)要突出本專業(yè)以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為目標，專業(yè)核心課程群必然要承載專業(yè)建設(shè)特色，通過課程群建設(shè)帶動群內(nèi)課程的理論教學(xué)體系、實踐教學(xué)體系和教學(xué)方法的建設(shè)與改革[3]，強調(diào)以工程應(yīng)用特色為主線，不同課程圍繞應(yīng)用展開不同層面的教學(xué)內(nèi)容，達到課程群對本專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標。

電力電子技術(shù)課程群主要涉及電能的變換、控制策略與應(yīng)用，課程具有工程性和系統(tǒng)性的特性，課程群的課程設(shè)置形成比較完整地系統(tǒng)，從控制對象、控制手段到控制系統(tǒng)實現(xiàn)都有相應(yīng)的理論和實踐支撐，相互之間聯(lián)系緊密但互有區(qū)別[4]。課程群建設(shè)與優(yōu)化后要突出對學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新技術(shù)能力的培養(yǎng)，注重群內(nèi)課程知識的綜合，打破課程之間的壁壘，實現(xiàn)課程群內(nèi)各門課程循序漸進、有序銜接、有機整合，最大限度地發(fā)揮課程群傳授知識及實踐技能訓(xùn)練的系統(tǒng)性，提高學(xué)生對專業(yè)課程知識綜合運用的能力。

3 電力電子技術(shù)課程群建設(shè)與優(yōu)化

3.1 課程之間的有機融合

電力電子技術(shù)課程群共有10門課程，按照課程類型可以劃分為專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課，其中開關(guān)電源技術(shù)和新能源技術(shù)及電動汽車驅(qū)動技術(shù)是電力電子技術(shù)在三個重要領(lǐng)域應(yīng)用，這三門方向課程應(yīng)用特色分明且相互之間有交叉。安徽三聯(lián)學(xué)院電氣與自動化教研室組織課程群的團隊老師進行調(diào)研和教學(xué)研討，共同制定合理的課程體系、實踐教學(xué)體系和教學(xué)大綱，明確各課程知識點的銜接關(guān)系，盡量避免教學(xué)內(nèi)容重復(fù)和遺漏[5-6]。教師在課堂教學(xué)中，對涉及的相關(guān)課程知識點進行必要的穿插回顧，保證課程群具有的整體性和連續(xù)性，解決各理論課程間的銜接和綜合問題，幫助學(xué)生對課程群知識建立基本系統(tǒng)和融會貫通性。如電力電子技術(shù)教師授課過程，講解到降壓斬波電路部分內(nèi)容時，可以回顧電機與拖動基礎(chǔ)課程里面講解直流電機如何實現(xiàn)調(diào)速和實現(xiàn)電機的四象限運行，電動機是控制對象，電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，這樣將電力電子技術(shù)與電機與拖動兩門課程結(jié)合到一起，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中切身體會到知識學(xué)習(xí)的連續(xù)性、整體性及實用性，進一步引出控制器和檢測電路等，為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)埋下伏筆。

3.2 運行項目式教學(xué)方法

課程群的課程具有應(yīng)用性、系統(tǒng)性和工程性等特色，引入項目化教學(xué)，項目的支撐理論知識要求可以涵蓋多門課程內(nèi)容，以項目為載體，突破理論與實踐之間的界限，促進理論、實踐相互滲透，將不同課程的知識點有機糅合在一起成為有機地系統(tǒng)。項目式教學(xué)法可以將實現(xiàn)課程群的理論講授 、實踐操作、社會生產(chǎn)等有效地融合起來，教學(xué)過程中實現(xiàn)理論同實踐相互協(xié)同，實現(xiàn)創(chuàng)新能力與工程素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。

項目式教學(xué)開展遵循工程項目開發(fā)的模式，即項目提出→任務(wù)的下達→任務(wù)分配→任務(wù)實施→項目驗收。項目任務(wù)的實施過程中，要求學(xué)生分組完成，確定一個小組長，每組的學(xué)生明確任務(wù)分工。項目式教學(xué)包括設(shè)計方案的選擇、框圖設(shè)計、控制方式的選擇、原理圖繪制、部件設(shè)計、軟件程序編寫、系統(tǒng)仿真、對比分析、實物焊接及調(diào)試等。如“基于PID控制方式Buck變換器設(shè)計”項目是讓學(xué)生掌握DC-DC變換，將其劃分為Buck電路拓撲結(jié)構(gòu)的研究、控制策略的研究、框圖設(shè)計、繪制開環(huán)及閉環(huán)的原理圖、電路器件的選擇、PID控制器及參數(shù)確定、Buck開環(huán)及閉環(huán)斬波仿真及對比分析、實物組裝調(diào)試等幾個主要任務(wù)。教師通過講解項目形式完成課堂知識的傳授，有意識地通過思考題的形式引導(dǎo)學(xué)生進一步探索，如控制方式種類、特點及選擇，控制器參數(shù)如何確定等，還需要思考斬波電路產(chǎn)生諧波及保護電路、干擾等問題，進而對電路做出優(yōu)化。項目式教學(xué)方法依托項目，將多門課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)融入一體，通過實施項目式的教學(xué)，起到化零為整和優(yōu)化課程群知識結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立起專業(yè)知識的整體系統(tǒng)架構(gòu)。項目教學(xué)實施過程中，要注重考察學(xué)生的工程素質(zhì)、學(xué)習(xí)的主動性、團隊合作精神、對科技文章的撰寫能力以及電氣安全意識、生產(chǎn)工藝意識和成本意識等，促進學(xué)生創(chuàng)新技術(shù)和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

3.3 線上教學(xué)資源建設(shè)

課程群教學(xué)團隊將網(wǎng)絡(luò)課程平臺納入課程資源建設(shè)，建立優(yōu)質(zhì)線上課程教學(xué)資源，設(shè)計線上教學(xué)過程，促進線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，充分發(fā)揮線上教學(xué)優(yōu)勢。

通過在線開放課程平臺，促進與學(xué)生交流互動和提升學(xué)生個性化學(xué)習(xí)。安徽三聯(lián)學(xué)院不斷推進智慧課堂教學(xué)，加大智慧教室建設(shè)和不斷培訓(xùn)教師對智慧教室使用，搭建軟硬件平臺，支撐混合式教學(xué)模式開展。安徽三聯(lián)學(xué)院于2014年至今先后引入清華在線、雨課堂、學(xué)堂在線、E會學(xué)、智慧課堂、超星平臺(PC端)+學(xué)習(xí)通(手機端)、騰訊課堂等線上教學(xué)資源平臺，電力電技術(shù)課程群線上教學(xué)平臺如表1所示。

表1 課程群線上教學(xué)平臺建設(shè)情況

線上課程平臺建設(shè)具有如flash、課件、微視頻、習(xí)題等豐富的資源，不受時間和空間的限制，利用線上與線下兩個教學(xué)途徑，可以為學(xué)生提供多元化學(xué)習(xí)空間和豐富教學(xué)資源，課堂教學(xué)活動在線上線下交替展開，彌補線下課堂有效互動的局限性，線上線下教學(xué)交互銜接、互補，實現(xiàn)在課程教學(xué)效果的最大化。教師可以利用線上平臺發(fā)布每周學(xué)習(xí)公告通知，為學(xué)生提供課前預(yù)習(xí)、答疑互動、課后復(fù)習(xí)，通過平臺發(fā)布課后作業(yè)、章節(jié)測驗、任務(wù)點學(xué)習(xí)跟蹤，指導(dǎo)學(xué)生的課外學(xué)習(xí)情況，同時針對學(xué)生反饋的重難點知識，可以提供微視頻，深入講解、指導(dǎo)和幫助學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容深入理解。上課期間，可以利用線上平臺進行簽到、點名、搶答等教學(xué)活動內(nèi)容與學(xué)生互動，加強師生課堂互動，提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性和趣味性。

4 課程群實踐教學(xué)體系建設(shè)與優(yōu)化

4.1 課程群實踐教學(xué)體系統(tǒng)籌規(guī)劃

課程實踐教學(xué)要站在課程群實踐教學(xué)體系高度去統(tǒng)籌規(guī)劃，課程實踐教學(xué)必須以能力培養(yǎng)為切入點，要符合對學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，將前沿的科學(xué)研究成果和工程應(yīng)用技術(shù)充實到實踐教學(xué)中去，制定實施應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的實踐教學(xué)體系。課程群教學(xué)團隊?wèi)?yīng)在明晰課程實踐教學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系基礎(chǔ)上，開展實踐教學(xué)體系的建設(shè)與優(yōu)化，大力推進橫跨和貫穿課程群內(nèi)各課程知識點的設(shè)計性及綜合性實驗、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。首先，依托電機與拖動基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用、電力拖動自動控制系統(tǒng)4門核心課程的實驗課程為平臺，開設(shè)設(shè)計性及綜合性實驗項目；其次，以課程設(shè)計為平臺，開設(shè)綜合性更強的課程設(shè)計項目，在課程設(shè)計結(jié)束后，學(xué)生要提供符合科技文獻的實訓(xùn)報告，報告要詳細記錄設(shè)計的每個環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容，如器件清單、軟件代碼等，并進行分組答辯和驗收。最后，在創(chuàng)新訓(xùn)練項目、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)上更深入體現(xiàn)課程群之間知識融合及綜合應(yīng)用，從而提高學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力和工程實踐能力。

4.2 仿真軟件在實踐教學(xué)中應(yīng)用

電力電子技術(shù)課程群難度大，很多的工程實踐系統(tǒng)很難做出實物[7]，不容易為學(xué)生理解，為此可以通過仿真手段來提高學(xué)生對理論知識的理解。將實驗教學(xué)與仿真相結(jié)合，可以取長補短，達到對知識點的深入理解。首先，讓學(xué)生借助Matlab仿真軟件來完成簡單的驗證性實驗建模及仿真結(jié)果分析，如讓學(xué)生利用Matlab 軟件完成降壓直流斬波電路仿真，學(xué)生熟練掌握Matlab軟件之后，可以完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模及仿真結(jié)果分析。比如，引導(dǎo)學(xué)生搭建直流開關(guān)電源仿真模型，教師給出設(shè)計參數(shù)要求和控制方式的設(shè)計要求，實際上，這一過程就能很好地鍛煉學(xué)生的工程實踐能力和計算機使用能力，仿真軟件有助于提升實踐教學(xué)效果[8-9]。

4.3 建立線上實驗教學(xué)平臺，實現(xiàn)線上導(dǎo)學(xué)

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式是學(xué)生課前參考實驗指導(dǎo)書進行預(yù)習(xí)，并按要求撰寫預(yù)習(xí)報告。實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容比較枯燥乏味，缺乏趣味性和吸引力，導(dǎo)致很多學(xué)生沒有按要求認真預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)也僅僅通過抄寫預(yù)習(xí)報告來流于形式。利用現(xiàn)在技術(shù)推進實驗教學(xué)改革，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)資源在教學(xué)中的使用，利用雨課堂、E會學(xué)、超星等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺輔助實驗教學(xué)，完成實驗教學(xué)大綱、實驗指導(dǎo)書、教學(xué)錄像、多媒體課件、習(xí)題等實驗教學(xué)資源的上傳，學(xué)生借助于線上平臺，了解實驗課前必須掌握的理論知識、做好預(yù)習(xí)準備，真正意義上實現(xiàn)實驗預(yù)習(xí)的目標，圖1是電機與拖動基礎(chǔ)實驗課程在雨課堂平臺上建設(shè)的線上實驗課程。

圖1 電機與拖動基礎(chǔ)實驗線上課程

5 結(jié) 語

本文從電力電技術(shù)課程群建設(shè)思路、運行項目式教學(xué)方法、線上教學(xué)資源建設(shè)、實踐教學(xué)體系等方面等進行建設(shè)與優(yōu)化，著重將專業(yè)知識融為一個集成地有機系統(tǒng)，達到課程之間彼此融合，促進理論教學(xué)與實踐教學(xué)培養(yǎng)結(jié)合更為緊密，幫助學(xué)生形成完整的專業(yè)知識體系，提高學(xué)生的工程實踐能力與創(chuàng)新技術(shù)能力。目前，課程群建設(shè)成果正逐漸實施于本專業(yè)實際課程教學(xué)，并已取得了一定的教學(xué)成效。